[發明專利]一種壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強化方法

有效

• 申請號: 201410361282.8
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104162676A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 郭志猛;唐明忠;宗朔通;徐延龍;許恩恩
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22F7/08
• 分類號: B22F7/08;C22C19/05;C22C32/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明涉及金屬材料表面處理技術領域，具體涉及一種壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強化方法。

技術背景

壓裂泵作為一種石油礦場設備，在作業過程中所處工況較其它常見機械設備更惡劣，其所承受工作載荷隨著壓裂壓力的不斷提高而越來越大，因此有必要提高壓裂泵關鍵零部件及易損件性能。其中壓裂泵閥體、閥座使用特點為：(1)高壓力造成閥的沖擊。易造成工作表面破壞，如疲勞、斷裂、閥座下沉等；(2)加砂壓裂時，閥體、閥座、石英砂/陶粒形成三體磨粒磨損，磨損加速；(3)酸化壓裂時，酸度高，造成泵閥體、閥座腐蝕破壞；磨損形式主要為：沖擊磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損等。故在惡劣的工作環境中，閥體、閥座摩擦段表面因磨損和腐蝕而形成麻坑，劃傷，銹蝕等缺陷，導致其報廢，更換周期很短，影響生產效益，甚至造成整個產業工作面停產，經濟損失巨大。

閥體、閥座的磨損腐蝕情況不僅取決于本體材料，還取決于表面處理、熱處理、接觸狀態和工作介質等多種因素。其中不同的表面處理方式對其耐磨耐蝕性有著顯著影響。目前壓裂泵閥體、閥座鋼件的表面強化方法主要集中在滲碳、碳氮共滲等傳統技術領域，其耐磨耐蝕性遠不能滿足工況需求；熱噴涂技術作為制備涂層的一種方法，廣泛應用于航空航天、機械冶金、化工石油等領域，但熱噴涂涂層表面粗糙疏松，內部存在微裂紋、縮孔等缺陷，導致涂層與基體間的結合強度很低，很容易出現開裂脫落現象；激光熔覆技術是改善金屬表面性能的有效手段之一，近年來得到迅速發展，但其易產生裂紋及應力集中等問題，且對設備要求高，成本高。而真空熔覆涂層技術設備簡單，原材料利用率高，成本低，涂層與基體形成良好的冶金結合，加熱均勻性好，致密度高，內應力小，工藝穩定性高，從“適用”和“經濟”兩大原則來看，是制備重負載部件表面強化材料的首選技術。

采用真空熔覆的方法，以鎳基自熔合金粉末為原料，添加不同含量的WC硬質增強相粉末，在壓裂泵閥體、閥座鋼件表面制備耐磨耐蝕耐沖擊涂層；顆粒增強的合金用于表面涂層技術中，這種復合材料與基體之間產生冶金結合，可應用于多種金屬基體上，使涂層的硬度、耐磨、耐蝕等性能大大提高。

發明內容

本發明的目的在于克服壓裂泵閥體、閥座在生產應用中遇到的磨損腐蝕等問題，提供一種壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強化方法，采用真空熔覆的方法，以鎳基自熔合金粉末為原料，添加不同含量的WC硬質強化相粉末，在壓裂泵閥體、閥座鋼件表面制備耐磨耐蝕耐沖擊涂層；顆粒增強的合金用于表面涂層技術中，這種復合材料與基體之間產生很好的冶金結合，可應用于多種金屬基體上，使涂層的硬度、耐磨、耐蝕等性能大大提高，從而有效的提高閥體、閥座的使用壽命。

本發明采取以下技術方案：

(1)工件表面預處理：清除待加工閥體，閥座表面的油污，雜質，氧化皮等；

(2)配制粉末原料，所述配料組成按重量百分比為WC粉5～30％，Ni-Cr-Mo-Fe-B-Si-C合金粉末70～95％；其中Ni-Cr-Mo-Fe-B-Si-C合金粉的成分為:Cr:15～18％,Mo:1～3％,Fe:5～8％,B:3～4.5％,Si:3～5.5％,C:0.5～1.3％,Ni:余量；

(3)制備混合粉末，按步驟(2)所述各粉末重量比稱取粉末，滾動球磨混料時間為3～4個小時，形成混合粉末放入自封袋中待用；

(4)將混合后的粉末與粘結劑混合攪拌均勻制成料漿，涂覆于工件表面，涂覆層厚度為0.5～3mm，放入真空干燥箱中在80℃下干燥8～10個小時。待其干燥后可以進行簡單修補，使涂層更加均勻完整；

(5)將涂覆好的工件放入真空燒結爐中熔覆燒結，真空度<10^-3Pa，緩慢升溫至400℃，并保溫一定時間以保證脫出涂層中的粘結劑，升溫至1000℃時，緩慢升溫至熔覆溫度，保溫1～5分鐘后隨爐冷卻，完成熔覆涂層。

本發明的優點在于：本發明所制備的熔覆涂層致密度高，工件加熱均勻性好，不易產生變形，不易氧化，且內應力小；將WC硬質強化相粉末加入鎳基自熔合金粉末中，顆粒增強的合金用于表面涂層技術中，這種復合材料與基體之間產生很好的冶金結合，大大提高涂層的耐磨、耐蝕和耐沖擊等性能，從而有效的提高閥體、閥座的使用壽命；且本發明工藝操作簡單，原材料利用率高，成本低，工藝性能穩定，適合大規模生產。

具體實施方式

壓裂泵閥體閥座所采用的材質一般為20CrMnTi滲碳鋼，8620H合金結構鋼，4145H合金結構鋼等。

實施例1：